Основы теории горения Г о р

Основы теории горения Г о р е н и е - процесс быстрого химического соединения горючих элементов топлива с окислителем (кислород воздуха), сопровождающийся выделением теплоты и света. Типы горения: - гомогенное - происходит в газовом объеме (система «газ+газ» ); - Гетерогенное - горение твердых и жидких горючих (система "твердое тело+газ" или "жидкость+газ").

Факел - один из видов пламени при струйной подаче топлива и воздуха. В факеле происходят единовременно процессы непосредственно горения, подогрева смеси до температуры воспламенения и перемешивания. Воспламенение смеси горючего газа и воздуха возможно только при их определенном соотношении - т. н. концентрационные пределы (верхний и нижний ). Для Н 2 ~ 4, 1. . . 75%; СО ~ 12, 5. . . 75%; СН 4 ~ 5, 3. . . 14%; коксовый газ ~ 5, 6. . . 30, 4%, природный газ ~ 4. . . 13%.

Методы сжигания газа в факеле v кинетический – газ предварительно смешивается с окислителем, горение смеси осуществляется вне пределов смесителя (скорость горения iгор = iхим); v диффузионный - в процессе смешивания горючего газа с воздухом, газ и воздух поступают раздельно (iгор = iфиз). v диффузионно-кинетический (газ смешивают с воздухом, затем в зону горения подается дополнительный воздух).

Теплота сгорания топлива - количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы количества топлива [Дж/м 3 , Дж/кг]. Высшая теплота сгорания топлива (QB)- количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы количества топлива при условии перевода влаги продуктов сгорания из газообразного состояния в жидкость с температурой t = 0°С.

Низшая теплота сгорания топлива (QH)- количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы количества топлива при условии, что влага продуктов сгорания находится в виде пара, охлажденного до 20°С. где GН 2 О - масса влаги, содержащаяся в продуктах горения на единицу количества топлива (кг/м или кг/кг); г - теплота парообразования, условно принимаемая равной 2, 51 МДж/кг.

Газообразное топливо Горючая часть - смесь горючих газов: Н 2 - водород, H 2 S - сероводород, СО - оксид углерод, СН 4 – метан Cm. Hn - углеводороды. Балласт - смесь газов: О 2 - кислород, N 2 - азот, СО 2 - диоксид углерода (углекислого газа), Н 2 О - пары воды, SO 2 – сернистый ангидрид. Ориентировочная теплота сгорания газов: СН 4 - 35, 8 МДж/м 3, СО -12, 6 МДж/м 3, Н 2 - 10, 8 МДж/м 3.

Влажное топливо (т. н. рабочее), без дополнительной обработки после добычи и транспортировки, раскладывается на составляющие: Н 2+H 2 S+СО+СН 4+Cm. Hn+02+N 2+С 02+S 02+Н 20 =100 %. Если газ подвергнут сушке (сухое топливо), состав записывается следующим образом: Н 2 С+H 2 SC+Сос+СН 4 С+Cm. Hnc+02 с+N 2 C+С 02 с+S 02 c=100 %, где Н 2 С, H 2 SC, СОс, СН 4 С, Cm. Hnc, 02 c, N 2 C, C 02 c, S 02 c - объемные доли составляющих веществ в единице объема топлива, %. Индекс "с" означает – сухое топливо.

Расчеты горения топлива Целью расчета горения является определение: • расхода окислителя ; • выхода продуктов сгорания; • состава продуктов сгорания, %: • максимально возможной температуры дыма, °С.

Определение теоретического и действительного расхода воздуха на горение топлива. Горючие вещества топлива взаимодействуют с кислородом воздуха в определенном количественном соотношении. Расход кислорода и количество получающихся продуктов сгорания рассчитывают по стехиометрическим уравнениям горения, которые записывают для 1 кмоля каждой горючей составляющей.

Для газообразного топлива Расход необходимого воздуха Vо определяют из объемных долей горючих компонентов газа с использованием стехиометрических реакций: Н 2 + 0, 5 О 2 = Н 2 О ; СО + 0, 5 О 2 = СО 2 ; СН 4 + 2 О 2 = СО 2 + 2 Н 2 О ; Н 2 S+ 1, 5 О 2 = SО 2 + Н 2 О. Теоретическое количество воздуха (м 3/м 3), необходимо- го для сжигания газа: Vо = 0, 0476 [0, 5 СО + 0, 5 Н 2 + 2 СН 4 + + 1, 5 Н 2 S + S(m + n/4)Cm. Hn - O 2].

Расчитанное количество воздуха Vо называется теоретически необходимым (т. е. Vо представляет собой минимальное количество воздуха, необходимое для обеспечения полного сгорания 1 кг (1 м 3) топлива при условии, что при горении используется весь содержащийся в топливе и подаваемый вместе с воздухом кислород. ) В реальных условиях из-за технических трудностей ощущается местный недостаток или избыток окислителя (воздуха), в результате ухудшается полное горение топлива. Поэтому воздух подается в большем количестве по сравнению с его теоретическим количеством Vо. Отношение действительного количества воздуха (Vд), подаваемого в топку, к теоретически необходимому количеству называется коэффициентом избытка воздуха: α = Vд / Vо.

Количество продуктов сгорания топлива При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: СО 2, S 2 O, N 2, О 2 и пары воды Н 2 О: СО 2 + S 2 O + N 2 + О 2 + Н 2 О = 100 %. Полный объем продуктов сгорания Vг (м 3/кг) сумма сухих газов Vс. г. и водяных паров VН 2 О : Vг = Vс. г. + VН 2 О , Vс. г. = VRO 2 + VN 2 + VO 2 , где VR 2 O = VCO 2 + VSO 2 - объем трехатомных газов, м 3/кг ; VN 2 + VO 2 - объем двухатомных газов, м 3/кг.

Для газообразного топлива объем продуктов сгорания: (м 3/м 3) а) объем двухатомных газов Vo. N 2 = 0, 79 Vo + N 2 / 100 ; б) объем трехатомных газов VRO 2 = 0, 01[СO 2 + СО + Н 2 S + Sm. Cm. Hn] ; в) объем сухих газов Voс. г. = VRO 2 + Vo. N 2 ; г) объем водяных паров Vo. H 2 O = 0, 01[Н 2 S + Н 2 + S(n/2)Cm. Hn + 0, 124 dг + 0, 0161 Vo , где dг - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м 3 сухого газа, г/м 3; д) полный объем продуктов сгорания Voг = Voс. г. + Vo. Н 2 О.

Масса продуктов сгорания для газообразного топлива (кг/м 3) : Мг = rсг. т. + 0, 001 d г. т. + 1. 306αт. Vo , Где rсг. т. - плотность сухого газа, кг/м 3 ; d г. т. - содержание влаги в топливе, кг/м 3 ; Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов топлива введено понятие «условное топливо» . Теплота сгорания принимается Qyсл=7000 ккал/кг у. т. = 29308 к. Дж/кг у. т. (теплота сгорания кокса). При сравнении определяют расход условного топлива на единицу произведенной продукции, - кг у. т. на 1 тонну продукции.